基于量化分析審視沖擊性運動與健康促進

田 鑫，傅 建

（揚州大學 體育學院，江蘇 揚州225000）

運動與健康促進一直是社會關注的焦點，隨著交叉學科研究的持續深進，運動與身體成分、心肺功能、認知能力之間的關系逐步清晰。不同運動模式所產生的效應存在差異，運動對健康的積極效應受多重因素的影響，除運動量、代謝方式等項目本身的特性外，運動與環境之間的動態關聯亦是重要影響因素。涉及重力和肌肉負荷的運動還能夠產生沖擊力，基于外力作用的不同，有學者將運動分為無沖擊性運動和沖擊性運動，后者根據反作用力對機體的沖擊程度又有低沖擊力運動、中等沖擊力運動、高沖擊力運動之分［1］。動力性復合運動的成骨作用較靜力性運動更好，因此沖擊性運動不斷被引入到骨的研究中，有研究表明運動的沖擊程度及時間可以影響小梁骨的結構變化，中、高沖擊力的刺激對骨干中皮質骨的形態有積極作用，有助于改善骨的質量及其力學性能［2］。此外，高沖擊力的運動還能迅速增加運動的強度，改善骨盆底的肌肉功能［3］；變換方向的沖擊性運動，對機體的力量素質和平衡素質亦有積極影響［4］。

與國外相比，國內以沖擊性運動為分類的系統研究還不夠，雖有研究涉及（健美操、跳繩等）具有沖擊性運動特征的項目，但研究的關注點較多在代謝方式及劑量上。因此系統分析沖擊性運動的演進與熱點，歸納已有成果，揭示其發展路徑及未來趨勢，能夠豐富我國對運動項目的特征歸類，從而更詳盡探究運動與健康之間的機制。為此，本文將選取SCI及SSCI數據庫近10年（2010～2019）與沖擊性運動相關的文獻進行科學計量及可視化分析，通過名詞性術語及文獻被引挖掘沖擊性運動的研究熱點及演進趨勢。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文以Web of Science為文獻檢索平臺，選擇“Web of Science核心合集”的“Social Sciences Citation Index（SSCI）”和“Science Citation Index Expanded（SCI-E）”為來源數據庫；年份跨度為2010～2019年；為保證文獻查全率，選擇主題進行檢索；與骨骼發育與健康方向趙仁清教授商榷，最后確定檢索策略為主題="impact exercise"or"jump*exercise"or"drop*exercise"or"hop*exercise"，檢索時間為2020年2月16日，數據庫更新時間為2019年2月14日。通過CiteSpace V軟件對下載的文獻題錄數據進行除重處理，最終獲得有效記錄362條。

1.2 研究工具與方法

以陳超美開發的CiteSpace第五版為基礎工具、結合沖擊流生成器Alluvial flow、戰略坐標，對沖擊性運動的研究文獻進行計量分析。

通過被引頻次等指標確定沖擊性運動研究的核心作者及重要期刊，由名詞性術語的共現網絡直觀反映沖擊性運動的研究范圍及重點主題；根據時區分布探究近10年研究主題的演化過程后，引入戰略坐標找尋沖擊性運動的新興研究趨勢；對文獻共被引進行聚類分析，歸納此領域的主要研究方向及現存成果。

2 結果與分析

2.1 文獻發表趨勢分析

科學研究成果需要以文獻形式來記錄、保存、傳播，科學文獻數量的變化直接反映了科學知識量的變化，探究沖擊性運動方面文獻增長的規律，可以為研究與之相關的知識量增長規律提供依據。整理2010至2019年與沖擊性運動有關的文獻（如圖1），菱形散點是各年度發文的數量，正方形散點是自2010年至各個年份的文獻累積量，帶箭頭的虛線和實線分別是累積量的線性擬合函數和指數擬合函數。從擬合優度（R2）分析，線性函數對于文獻累積量的解釋更優，可近似認為，自2010年起，關于沖擊性運動的文獻呈勻速增長，平均每年發文36.2篇。Menard的研究表明，文獻增長率是隨該領域不同發展時期而變化的，呈線性增長的文獻，提示這一方面的研究處于穩定界，即誕生時期［5］。

圖1 2010～2019年發文量統計

2.2 核心作者分布

發文被引頻次是衡量作者科研水平及被認可程度的重要評價指標，確立沖擊性運動研究的核心作者，有助于快速定位此領域的重要研究。通過CiteSpace生成2010～2019年Top 50的作者共被引網絡，將每年的網絡信息輸入alluvial generator程序，對重要作者進行標注，得到沖擊性運動研究領域核心作者的沖擊流圖（見圖2），共有5位作者被高亮顯示，FROST HM和HEINONEN A的沖擊流線最長，在10年間一直保持連續；FROST HM在2013～2014年得到較集中的關注，該作者從事生理學研究，涉及的被引文獻內容多與骨質疏松相關，HEINONEN A的關注度較高則出現在2015～2017年，其研究以隨機對照實驗為主，圍繞運動干預與骨健康展開。存在共性的是，HEINONEN A和FROST HM在高關注期的施引文獻都集中在對骨的研究中，施引文獻群之間存在相互證引，以此展開的研究多是借助不同形式的沖擊性運動，探究運動的機械負荷與骨健康之間的關系。

圖2 沖擊性運動核心作者沖擊流圖

此外，這5位作者有3位來自芬蘭，2位來自美國。NIKANDER A與共被引頻次最高的HEINONEN A都是芬蘭于韋斯屈萊大學的學者，主要研究領域為神經科學、內分泌與代謝、生理學、體育科學等；FROST HM具有較高的中心性，研究方向為骨生物力學、實驗醫學等，共被引40次，排名第9，在此領域中具有重要的轉折作用；美國印第安納大學的FUCHS RK被引頻次相對較少，僅37次，其研究集中在骨質疏松及細胞生物學；VAINIONPAA A沖擊流線相較于其他4位學者最短，自2012～2013年得影響高峰后逐漸減弱。

2.3 重要期刊分析

通過被引頻次、中心性、載文量確定沖擊性運動研究領域的重要期刊，時間跨度設置2010～2019，切片為1年，節點類型選擇被引期刊（cited journal），標準設定TopN%，N=10，將運行軟件所得的節點信息導入Excel表格，帶入計算公式（重要度=被引頻次*（中心性+1）*載文量），通過被引頻次，中心性及此領域的載文量，確定重要性前8位的期刊。

由 表1可 知，《OSTEOPOROSIS INTERNATIONAL》、《MEDICINE AND SCIENCE IN SPORTS AND EXERCISE》、《BONE》及 《JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH》的重要度均高于2 000，為該領域的重要期刊。《MEDICINE AND SCIENCE IN SPORTS AND EXERCISE》和《JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY》共被引頻次位于前兩位，說明這些期刊中關于沖擊性運動的研究具有較高的認可度；從中心性分析，《JOURNAL OFSTRENGTH AND CONDITIONINGRESEARCH》期刊所刊載的此領域文獻，在研究方向分化及交叉中起到了重要的樞紐作用；根據載文量可以確定《OSTEOPOROSISINTERNATIONAL》是沖擊性運動研究的重要載體和平臺。

表1 2010～2019年的期刊重要度統計

2.4 沖擊性運動的演進及熱點分析

2.4.1 名詞性術語共現分析

對樣本標題、摘要、關鍵詞及輔助關鍵詞中的名詞性術語進行共現分析。選擇關鍵詞為節點（時間切片為5年，設定閾值為Top 50），通過Pathfinder進行修剪并對同義詞進行合并，共得到85個節點，107條連線，見圖3。

圖3 名詞性術語共現網絡

節點的半徑與共現頻次成正比，各節點之間的親疏關系通過連線反映，聯系越密切，連線越粗。由圖3可知，除“運動”與“體力活動”外，“高沖擊力運動”的共現頻次亦較多，提示高沖擊力運動是該領域研究的重點，在實際研究中學者多以高沖擊性運動為基礎設計干預方案，且較于低沖擊力運動，高沖擊力運動對肌肉和骨骼的積極作用更為顯著。此外，對沖擊性運動的實證研究多采用“隨機對照實驗”；此領域研究結合了運動學與生物力學，以沖擊性運動為手段，探究運動對“骨密度”“骨量”“骨質疏松”“骨折”“骨幾何結構結構”“身體結構”“骨骼肌”“平衡”“力量”等的效用；被試的涉及范圍廣，劃分嚴密，有“兒童”“老年女性”“絕經前女性”“絕經后女性”“成年人”“老年人”等。

在此基礎上，利用時區分布，對每年高頻關鍵詞的來源文獻進行梳理，發現近10年關于沖擊性運動的研究主要圍繞下肢成骨展開，多為對機體骨密度、骨量、骨強度效用的探究。隨著時間的推移，研究在對骨探究的基礎上逐步聯合肌肉功能、平衡、速度、爆發力等與身體素質相關指標。動作也從雙腳跳、單腳跳等簡單設計，向屈膝跳、下蹲跳、跳深等過渡；干預方式由只考慮動作特性進行自重練習，轉向利用跳箱、杠鈴、負重背心等工具增加額外負荷，探究不同載荷所產生的效應。

2.4.2 戰略坐標分析

某領域的研究熱點往往是該領域的方向標，指示著此后的研究方向。為有效捕捉沖擊性運動的熱點所在，引入戰略坐標法。通過關注度和新穎度描述沖擊性運動的熱點結構，找出活躍主題，探索新興趨勢。以關注度為橫軸，新穎度為縱軸，建立沖擊性運動關鍵詞聚類的戰略坐標。假設共現關鍵詞有N個，形成a個聚類，每個聚類包含P個成員，Fij為第i聚類的第j個關鍵詞的共現頻次，Yij為第i聚類的第j個關鍵詞的共現年份，則關注度Ci與新穎度NWi的計算公式分別為［6］：

利用CiteSpace對關鍵詞進行聚類，共得到8個聚類，將聚類節點信息帶入公式，計算聚類的關注度和新穎度。由表2和圖4可知，聚類#7的關注度和新穎度較高；且聚類模塊值為0.931，說明各關鍵詞具有較高的相似度；采用LLR算法提取#7聚類標簽—增強式訓練（plyometrics）。由此可見，目前沖擊性運動的熱點與增強式訓練有關。

表2 關鍵詞聚類的戰略坐標計算結果

圖4 關鍵詞聚類戰略坐標圖

增強式訓練已被證明能有效提升機體肌肉力量、爆發力及運動表現［7］，核心為拉長-縮短周期，與以往的超等長收縮為同一概念，要求肌肉先進行拉長式的離心收縮，再快速進行向心收縮［8］，20世紀60年代蘇聯及東歐國家最早將這種訓練方式應用于跳躍項目。因高沖擊力運動對骨健康的效益更佳，故對沖擊性運動的研究更側重于高沖擊力運動，其練習動作多見于跳躍，與增強是訓練練習動作有一定重合。但在現今研究中，增強式訓練強調肌肉的收縮方式，多用于運動訓練，高沖擊性運動則突出利用自身重力產生較大的反作用力，常見于運動與骨的研究。兩者動作相似，但應用方向及效用探究的著重點不同，聚類熱點顯示為增強式訓練，結合文獻可以發現，近年來國外學者在利用沖擊性促進成骨的同時，逐步將其應用于改善肌肉力量、身體成分等指標，該結果提示兩者聚焦方向趨向重合。

進一步細化熱點主題，通過計算熱度值（熱度=關鍵詞共現頻次*關鍵詞的新穎度）［9］，發現聚類#7內的高熱度關鍵詞為垂直跳躍（vertical jump）、爆發力（power）和計劃（program）的熱度較高。垂直跳躍為沖擊性運動中的常用干預方式，如今還運用于下肢力量的測定；爆發力提示沖擊性運動應用焦點由骨向肌肉力量、爆發力轉移；且在干預方式也趨向于復合計劃，如負重沖擊等方式。另外，結合熱點關鍵詞的來源文獻發現，肌肉激活（muscle activation）、水上跳躍 運 動（water jump exercise）等主題也是沖擊性運動研究演化過程出現的熱點。

2.5 沖擊性運動的研究方向及知識域

為更詳盡地探究沖擊性運動的研究方向及知識基礎，對文獻進行共被引分析，并通過文獻聚類分析沖擊性運動的研究特征及現存成果。運行CiteSpace，時間范圍為2010～2019，切片設定1年；節點類型選擇Reference；提取每個時區內前50名的高被引文獻，構建共被引網絡。對規模在12以上的聚類予以呈現，并通過LLR算法提取聚類標簽，共得到11個聚類，如圖5。

圖5文獻共被引聚類時間線圖

圖5 的模塊值（Modularity Q）為0.7555，表明各聚類界限清晰；平均輪廓值較低，僅0.4719，這是因為研究沖擊性運動的切入點較多，范式不一，出現了一些小規模聚類。由圖可知，各研究聚類的持續期不同，持續時間較長的聚類#0、#1、#2、#5和#6皆與骨相關，持續時間存在重疊，可以發現起初沖擊性運動骨研究的側重在脛骨，后由此流向骨的健康。直至目前，#4仍是活躍聚類，再一次提示沖擊性運動的熱點增強式訓練相關。部分時間中段的聚類持續時間較短，聚類間的密集的連線反映這些部分可能是一些研究方向的延伸，或者過渡。

基于各聚類間連線及結果，將上述11個聚類進行融合，歸納出兩個大規模知識域，在此基礎上結合各個知識域中高頻及高中心性的文獻，以揭示沖擊性運動主要研究方向的演進及成果。第一個大規模知識域為沖擊性運動對骨的作用。骨由礦物質和活細胞混合構成，而骨細胞是骨中的力學感受器，能感受應變。力學環境對骨的塑形、重建及適應性有重要意義，如松質骨具有順應外力方向排列的結構模式。探究長期規律性運動對骨的影響，主要是探究運動中力對骨的積極效應。2010年至今，此知識域中最高被引的研究為：Nikander通過元分析評估了4個數據庫中截至2009年10月、有監督干預超過6個月的10項隨機對照實驗，結果提示不同年齡時期，運動對于骨強度的影響不同，結合多種負重的沖擊性運動的方案可以增強骨骼的質量、結構和強度，對青春期前男孩的效果尤佳［10］。2012年Karen首次通過雙能X線吸收法分析不同運動負荷下優秀男運動員的髖關節結構特性，發現與游泳、跑步運動員及非運動者相比，體操運動員骨密度的變化趨勢較優，他認為是運動的特性導致了這種差異的產生，體操運動過程中產生的力具有更大的應變峰值和不規則的負荷分布［11］。Martelli基于應變能比較了15項不同的運動方式刺激骨形成的潛力，對促進骨骼健康的的運動方式進行排名，結果提示單腿跳遠、髖關節最大等速收縮及膝關節最大等長收縮引起的應變能較大［12］。

Kato提出持續6個月控制鈣攝入量，每周3次，每次重復10次下蹲跳的低重復性、高沖擊力運動可以有效改善普通年輕女性的骨密度，且較少的重復次數作為骨刺激物的效果與重復多次相似［13］。Babatunde的元分析也肯定了高沖擊力運動對絕經前婦女骨骼健康的積極影響：他認為短暫的高沖擊力運動可以改善髖部的骨密度，但不能改善腰椎的［14］。

綜上分析可知，高沖擊力運動對促進下肢骨骼礦物質的生長及骨骼健康特別有利。此外，沖擊性運動的影響在年齡上存在異質性，兒童時期的運動干預可使骨骼的年生長增加，尤其是青春期前的兒童；沖擊性運動作用于成年人，則是為了改善骨強度、減少骨流失，用以預防骨質疏松癥的發生。

第二個知識域為沖擊性運動改善身體機能、提升運動表現。對身體機能效應的探究包含肌肉力量、平衡及身體成分等，較骨研究而言，規模相對較小。2012年Nikander又基于沖擊性運動對骨強度的積極作用向外延展，通過12月的隨機對照試驗探究有氧沖擊性運動對乳腺癌幸存者身體機能、身體成分及康復作用的影響，結果表明：就乳腺癌幸存者而言，有力的有氧沖擊性運動可以改善身體機能［15］。同樣是針對乳腺癌幸存者，Winters-Stone提出抗組加沖擊性運動計劃，認為堅持此運動策略可明顯提高肌肉力量［16］；2015年他又就雌激素剝奪治療法后的前列腺幸存者，首次驗證了抗組加沖擊性運動對身體成分及癌癥相關生物標志物變化的影響，在運動干預12月后，被試的總脂肪和和軀干脂肪的質量減少，包括減少雄激素剝奪療法中常見的中央脂肪沉積，這也導致了胰島素的降低［17］。在對非人類的研究中，Sontam認為生命早期的短期自愿鍛煉會影響身體成分的3個主要成分（肌肉，骨骼和脂肪），他檢查了兩種形式的低沖擊力運動對青春期前身體組成和骨骼結構變化的影響，發現滾輪運動可以顯著改變青春期前大鼠的肌肉骨骼系統和局部脂肪儲備［18］。

此外，此知識域還包含沖擊性運動與運動表現的研究：2010年Takeda的研究提示跑步經濟性與跳躍經濟性存在正相關，次最大重復跳躍運動可以評估長跑運動員的拉長-縮短周期能力［19］。2016年García-Ramos等首次在短期訓練計劃后研究跳躍性能變化與游泳出發性能變化的聯系，驗證了屈膝跳高度與游泳初始表現之間的聯系：更好的跳躍高度預示著更好的初始成績［20］。Gil提出了一項涉及屈膝跳躍練習和短跑練習短期訓練計劃，并通過6個月運動干預驗證該計劃可有效提升足球運動員的成績［21］；同樣是綜合的運動計劃，Michailidis Y的研究表明短期綜合增強式訓練和下蹲跳的訓練可以改善青少年足球運動員的跳躍能力，加速能力和耐力參數［22］。在急性效應中，離心負荷的跳深具有激活增強效應，Bridgeman提出進行5個具有20%額外負載的跳深，隨后恢復兩分鐘，可有效提高下蹲跳的高度及力量峰值［23］。

3 結論與建議

國外學者對于沖擊性運動的關注度更高，此領域影響力較大的學者主要來自芬蘭和美國，且所屬機構多為高等院校。我國在運動的應用研究中雖涉及能夠產生沖擊力的項目，但根據應用價值進行特征歸類還不夠。骨組織響應于動態負荷而非靜態負荷，沖擊性運動的力學屬性有助于促進不同年齡群體的骨健康。建議根據我國的實際情況，將其引入健康研究，并鼓勵加強國際間的交流與合作，特別是與芬蘭、美國等在此方面有一定基礎的研究機構和學者。

沖擊性運動的應用焦點趨向增強式訓練，由骨逐步聯合肌肉力量及身體成分；研究涵蓋生物力學、運動學、康復學多個熱點學科；研究范圍涉及眾多生理要素，如“骨密度”“骨量”“身體結構”“肌肉功能”等；主要的研究方法為隨機對照實驗及元分析。運動與健康促進是多學科的研究，融合不同學科的測量方式與評價手段，可以更詳盡解釋運動的效用，明確適宜劑量。

近10年沖擊性運動的研究方向主要集中在沖擊性運動對骨的作用和沖擊性運動改善身體機能、提高運動表現兩大方面；從實際操作來看，力的作用對骨的動態平衡具有重要意義，沖擊性運動概念核心在于反作用力，特性相對單一，練習動作簡單，利用其探究骨對運動的適應時，更容易確定適應性變化的來源。此外，高沖擊性運動可以在短時間內產生較大的負荷，無論是對肌肉、骨骼，還是心肺功能都有較大的價值，未來可能成為國內運動與健康研究的熱點。